Сможем ли мы когда-нибудь построить мир-кольцо?

16 Июня 2015 в 12:00, Илья Хель 12 474 просмотра 59

Мир-кольцо

Огромные плавучие сооружения, использующие энергию звезд, могут стать домом для человечества. Правда, их постройка будет невероятной задачей. Гигантские кольцевые миры, вращающиеся вокруг далеких звезд, стали знаковыми для научной фантастики. Их чистые пейзажи, заключенные в тонкие кольцевые структуры, волнуют наше воображение. Мир-кольцо стал общим мотивом, будущей базой для человечества.

«Это все ерунда, конечно», — говорит отставной профессор Фримен Дайсон. Именно Дайсон популяризировал идею этих мегаструктур; в конечном счете они стали известны как сферы Дайсона. Дайсон, в свою очередь, «позаимствовал идею» у писателя-фантаста Олафа Стэплдона, его новеллы «Создатель звезд» 1937 года, в которой путешествующий землянин сталкивается с подобными мегаструктурами, которые поглощают энергию ближайших звезд. Хотя Дайсон видел в этих сферах своеобразные оболочки орбитальных структур, чтобы поглощать максимальное количество энергии звезды, писатели-фантасты допускают возможность обитаемых сфер, накрывающих звезду.

Через десять лет после выхода статьи Дайсона о таких структурах в редакции журнала Science от 1960 года Ларри Нивен решил использовать экваториальное кольцо как сферу Дайсона в качестве основы для своего романа «Мир-кольцо».

Миры-кольца с тех пор отличились и в серии видеоигр Halo, в фильме «Элизиум» 2013 года и романе «Культура» Иэна Бэнкса. В Halo они представляют собой гигантские искусственные миры, где люди имеют возможность жить на внутренней стороне кольца, тогда как внешнюю сторону защищает крепкая оболочка. В «Элизиуме» Нила Бломкампа, тем временем, мир-кольцо вращается вокруг Земли и больше напоминает космическую станцию. Как построить такие кольца в реальном мире?

Как и в любой другой сфере, размер имеет значение. Мир-кольцо — это мегаструктура, и ее строительство потребует огромного количества материалов и энергии.

Сбор астероидов

Halo

Впрочем, есть места, где этот материал в изобилии. Пояс Койпера — это регион Солнечной системы, который простирается примерно на 2,97 миллиарда километров за пределы орбиты Нептуна. Он заполнен астероидоподобными телами, которые могут стать идеальным источником для сырья.

Писатель-фантаст и бывший астроном Аластер Рейнольдс считает, что «в поясе Койпера достаточно материала, чтобы построить что угодно. Мы могли бы поглотить все мелкие астероиды, отфильтровать летучие материалы, оставить чистый камень и построить из него невероятные структуры».

Астроном Кэти Мак не соглашается с ним. Она говорит: «Пояс Койпера довольно диффузный, и вам придется собрать и разобрать довольно много тел, чтобы насобирать нужное количество материала».

Если — и это большое если — у общества будущего хватит времени и возможностей собрать и транспортировать материал из пояса Койпера на необходимую орбиту, сырья на строительство мира-кольца вполне хватит. Тем не менее остается вопрос, будет ли вложение такого количества времени и ресурсов оправданным.

Мир-кольцо также должен поддерживать некоторую форму гравитации; в противном случае все, включая атмосферу, необходимую для жизни, уплывет прочь в глубокий космос. Наиболее распространенным способом создания искусственной силы тяжести остается выработка центробежной силы при вращении. Однако заставить такой массивный объект вращаться с необходимой скоростью будет колоссальной задачей.

Вращательные силы должны быть равномерно распределены, иначе структура может разорвать себя на части. К счастью, в космосе нет трения, и вращение с нужной скоростью не будет замедляться.

Чем больше диаметр мира-кольца, тем больше сил будет воздействовать на вращающуюся структуру. По мнению Мак, сила этих поперечных сил, действующих на кольцо, будет зависеть от того, «как близко вы находитесь к звезде и сколько вам нужно гравитации».

Неведомая мощь

Elysium

Если предположить, что мир-кольцо будет обладать таким же диаметром, что и орбита Земли (примерно 300 миллионов километров), и требовать силы тяжести в 1G, он должен будет вращаться со скоростью примерно 1,9 млн километров в час. Воздействующие на него силы будут такими мощными, что, по мнению Мак, «нам придется найти новый способ связывать атомы воедино».

«Когда вы строите небольшую космическую станцию, у вас уже проблемы с силами, — объясняет Рейнольдс. — А теперь представьте, что вы строите что-то размером с Солнечную систему».

Одно из теоретических решений этой технической задачи может скрываться в какой-нибудь из форм пьезоэлектричества. Проще говоря, материал может быть искусственно усилен за счет пропущенного через него электричества.

Однако, учитывая размер кольца и необходимой ему энергии, эффективность этого колоссального предприятия снова начинает вызывать сомнения. Энергию придется равномерно распределять по всей структуре, при этом сведя риск катастрофического сбоя питания до нуля.

Окончательной проблемой будет поддержание кольцевого мира на стабильной орбите вокруг звезды. Рейнольдс вспоминает, что вскоре после того, как был опубликован «Мир-кольцо» Ларри Нивена, «фанаты подсчитали, что если мир-кольцо немного сместится ближе к звезде, равновесие будет нарушено, структура начнет дрейфовать и в конце концов взорвется».

Нивен озаботился этим в более поздних романах «Мира-кольца», прикрепив ракеты к внешним краям структуры, которые постоянно стабилизировали бы ее положение и обеспечивали ее центровку относительно звезды.

Если предположить, что общество будущего будет обладать масштабными техническими возможностями для строительства мира-кольца, решат вопрос с укреплением структуры и поддержанием ее орбитальной стабильности, что с ней будут делать дальше?

Будущее

В романе «Культура» орбитальные станции использовались как большие жилища, тогда как в серии Halo они были устройствами судного дня, предназначенными для детонации и уничтожения опасной инфекции. Дайсон видел в своих сферах средство для максимального сбора энергии звезды, а не как альтернативу терраформированию, чтобы сделать их пригодными для людей.

Мак говорит: «Мы могли бы создать мир-кольцо, чтобы не терраформировать уже существующие миры». Однако она считает, что это решение может быть не самым эффективным. Ученый полагает, что «любое общество, которое с легкостью может построить сооружение вроде мира-кольца, может с легкостью найти каменистую планету и терраформировать ее на свое усмотрение».

Хотя технология терраформирования отличается от тех, что необходимы для строительства орбитального кольца, уровень общего технического прогресса будет примерно одинаковым. С другой стороны, при всем своем теоретическом великолепии, миры-кольца остаются научно недоступными и неэффективными примерами звездной инженерии.

Сможем ли мы когда-нибудь построить мир-кольцо?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

59 комментариев

  1. SuperStarSieve

    Что значит "когда-нибудь" в подобных случаях? Неужели предполагается, что есть предел развития нашей цивилизации? Или подразумевается, что мы вымрем до того, как разовьемся до подобного уровня? И я говорю не только об этом случае. Задаются люди вопросами типа "сможем ли мы КОГДА-НИБУДЬ летать к звездам?" А что может помешать? :) (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  2. vinstlow

    Собственно говоря если цивилизация будет иметь столько ресурсов и энергии чтобы построить сферу Дайсона, то собственно говоря ей эта сфера не нужна. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  3. Ce3apyc

    Еще нужна атмосфера и защита от излучений.

    • SuperStarSieve

      Если в сфере будут жить роботы и киборги, то это не будет нужным. Но для людей эти вещи действительно необходимы. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  4. Deimos150ru

    не гоже развитой цивилизации столь исполинский объем занимать, жить будем (а может и уже живем) в виртуальном мире на компактном космическом корабле, дрейфуя от звезды к звезде (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • SuperStarSieve

      Да не, лучше экстраполировать себя на многие миры - так мы снизим экзистенциальные риски и увеличим шансы выживания вида. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • pochi

      Тогда уж Я живу, а вы всего лишь боты развлекающие Меня. Можете поспорить.. если это предусмотрено вашей программой :)

  5. 0.5l

    лучше нашей планеты ничего не придумать .
    оставьте космос роботам

    • SuperStarSieve

      А если сами станем механизированными? Планета не вечна, как бы печально это не читалось. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • pochi

      Ваша планета уже почти трещит по швам.

      • 0.5l

        ничего не поделаешь
        ну вымерли динозавры
        чего расстраиваться по пустякам)

      • Timothy D.

        Что значит "ваша"? Вы как будто не снами на ней живете?) Ничего она не трещит по швам, этот голубой шарик вращается вокруг солнца многие тысячелетия и еще столько же будет вращаться, а вот хрупкая экосистема на ней — это да... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • vinstlow

        Планета? Да ей "плевать". Как и биосфере в принципе. Это людям должно быть не плевать - в первую очередь мы пострадаем. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  6. kshen

    Не стоит волноваться по поводу вечности планеты - людей она точно переживет. Кончатся ресурсы - начнётся саморегулирование популяции. Войны, эпидемии и голод всегда придут на помощь в трудную минуту. А космос станет нужен только чтобы тырить оттуда ресурсы. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • pochi

      Мы этого не знаем. Будущее кажется нам представимым лишь с нашей колокольни. Что произойдёт с человечеством скажем через 500-1000 лет предугадать сейчас не сможет никто. Не построена ещё та колокольня с которой это было бы различимо. Можно лишь попасть пальцем в небо.

  7. Deimos150ru

    а я не говорил, что все окружающие - полноценные личности, вариантов много может быть, например такой: N сознаний, локализированных каждое в своем объеме косм. корабля, проживают M жизней в общем виртуальном мире, после i-й смерти, начинается i+1-я жизнь, а накопленный в процессе i-й жизни опыт - усложняет структуру единого сверх интеллекта корабля, который занимается жизнеобеспечением и ищет ответ на вопрос о "Жизни, Вселенной и вообще" (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  8. vladimir.vladimir

    Все это ерунда конечно) (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  9. designer_andrew

    Плохая идея - делать кольцо вокруг звезды. Если технически такая проблема будет решена,. то разумнее из тех же астероидов создать круглую поверхность, по массе сопоставимую с Землей, тогда и проблема гравитации решится сама собой.

    Это сделать можно, если разработать дронов, способных к репликации. Например, каждый дрон, до выполнения задачи, должен создать еще 9 своих копий. И тогда уже через 9 поколений рекликаций получим миллиард дронов и т.д. И таким образом можно довольно быстро построить сколько угодно искусственных планет, лишь бы хватило ресурсов.

    • Oceanel

      Не забывайте о плотности и диаметре, можно сделать планету из "губки" по массе сопоставимую с Землей, но эта конструкция и атмосферу удержать не сможет. В общем создавать "правильные" планеты - сложная задача, к возможностям людей ближе терраформинг.

  10. botancik

    упор на роботов. люди построят.... засрут как всегда и заленяться(реальность) (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  11. Susuvatary

    У автора цикл статей на основе сборника "Мир фантастики - 1980"? ))

  12. dispetcer8112@mail.ru

    Рано или поздно человек обнаружит , что есть создатель, ибо все законы природы и космоса результат разумного (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  13. Belveder

    Может проще Марс озеленить?

  14. Georgy

    Я один не понимаю, как достичь постоянной гравитации в таком кольце? Центростремительное ускорение будет действовать на тела, находящиеся в непосредственном контакте с вращающейся поверхностью. Т.е., если тело лежит на внутренней поверхности вращающегося кольца, то его будет прижимать к этой поверхности. Но стоит телу оторваться (оттолкнуться от нее) и тело уже не вернется к этой поверхности, т.к. на него уже не действует никакая сила.

    • vinstlow

      Раз тело переняло центростремительное ускорение от кольца, то, оторвавшись от него, оно его не потеряет и никуда не улетит.

      • Georgy

        оторвавшись от кольца, тело полетит вверх и по касательной к кольцу (в направлении его движения). Какая сила притянет его обратно к кольцу?

        • vinstlow

          В космосе действует закон инерции. Лучше подумайте сами ещё раз, там вообще ничего сложного вам будет интересно разобраться самому :) (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

          • Georgy

            Подумал еще раз, ничего нового не придумал). при отталкивании от кольца тело по инерции полетит ОТ кольца. Вы можете подробнее истолковать вашу точку зрения, конкретно "тело переняло центростремительное ускорение от кольца, то, оторвавшись от него, оно его не потеряет и никуда не улетит".

            • vinstlow

              Тело летит вместе с кольцом, и если скорость превышает центростремитедьную силу, то логично, что тело приобретает центробежную и притягивается к кольцу. Если оно от него оттолкнется с достаточной силой, то конечно же оно отлетит, но если центробежная сила будет имитировать силу гравитации, то у вас не хватит сил настолько оттолкнуться. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

              • Georgy

                "если центробежная сила будет имитировать силу гравитации, то у вас не хватит сил настолько оттолкнуться". Встаньте на ноги и подпрыгните. Вы вернетесь на землю, т.к. на вас действует постоянная гравитация Земли. На кольце нет гравитации, как на земле, поэтому когда вы оторветесь от кольца, на вас не будут действовать НИКАКИЕ силы, вы будете продолжать лететь вверх и в сторону (со скоростью движения кольца и в одном направлении с его движением). На вас больше не действует центростремительная сила от вращения кольца, т.к. вы больше не связаны с ним физически. Вас не притянет к нему.

                • vinstlow

                  Когда вы стоите во вращающемся кругу, то вектор центробежной силы направлен перпендикулярно поверхности, если вы прыгните, то просто напросто замедлите Свон ускорение, но все равно вернетесь на поверхность. Но действуют не только эти силы. Нарисуйте круг нарисуйте объект и векторы всех сил, действующих на объект и от объекта на кольцо, задайте значения и плсчитайте что будет когда ыы прыгните. Давайте закончим потому что это физика наверное 8го класса ) (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                  • Georgy

                    "если вы прыгните, то просто напросто замедлите Свон ускорение, но все равно вернетесь на поверхность." Не верно. Если вы прыгните, то Полностью погасите нормальную составляющую силы, действующую на вас при контакте с кольцом. Сами посудите, это же всего лишь физика 8го класса)

                    • vinstlow

                      Вы издеваетесь? Я вам уже сказал, что в космосе действует закон инерции. Если вы летите в корабле со скоростью тысячу метров в секунду и выходите в открытый космос, то вы не останавливаетесь на месте а корабль летит дальше, вы просто продолжаете лететь с кораблём. Инерция везде сохраняется - если вы крутитесь на каруселе очень быстро и вдруг отпустете руки то полетите в сторону, перпендикулярной касательной окружности карусели (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                      • vinstlow

                        В стиральной машинке когда крутится барабан при отжиме куда вода стремится? (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                        • vinstlow

                          В принципе насколько я помню центробежная сила не входит в инерциальные системы отсчёта, но суть явления та же. Почитайте лучше в сети если не курсе. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                          • vinstlow

                            Чтобы прыгнуть и не вернуться вы должны не только оторваться но и остановиться, иначе вы всегда будете возвращаться на кольцо. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                            • Georgy

                              Скажите конкретно, какая магическая сила вернет меня обратно на поверхность кольца?

                              • vinstlow

                                Если вы оттолкнетесь то все равно не потеряете вектор скорости в направлении вращения кольца и двигаясь вместе с кольцом вы просто с ним пересечетесь в определённый момент, но для вас это будет как прыгнуть и упасть обратно. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                                • vinstlow

                                  Вы должны понимать что вектор вашего движения - это результирующая всех действующих на вас сил, а не какой-то одной. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                                • Georgy

                                  Да, я тоже это обдумывал, но вы упустили одну важную деталь: вместе со скоростью в направлении вращения кольца, при прыжке вы приобретете скорость перпендикулярную поверхность кольца, которая не будет уменьшаться. В итоге вы летите по диагонали, но для вас это будет как простое удаление от кольца. Теперь вы со мной согласитесь?

                                  • vinstlow

                                    Не так. Вы двигаетесь вместе с кольцом вперед с такой же скоростью что и кольцо, то есть вектор вашей скорости (вроде называется угловое ускорение, но могу и ошибаться) направлен по касательной к окружности в сторону ее вращения, поэтому вектор центробежной силы направлен перпендикулярно касательной окружности. Если вы прыгните под углом 90 градусов от касательной, то Результирующий (!) вектор вашего движения, который будет состоять из вектора скорости и вектора направления вашего прыжка, будет направлен под очень маленьким углом от касательной - то есть практически по касательной (!), в итоге (так как это елки палки окружность) вы через короткое время столкнетесь с ее стенкой, потому что оттолкнувшись, вы двигаетесь прямо к окружности под острым углом. Улавливаете? Но так как вы двигаетесь с той же скоростью, что и кольцо, то для вас это будет как прыгнуть и упасть. Ну если вы ну очень сильно прыгните, то для вас это будет просто очень высоко и все равно упадете на окружность. Единственный вариант - это обнулить оба вектора, то есть прыгнуть и остановиться в пространстве.

                                    • Georgy

                                      Не поверите, но я думал точно так же, НО: наше кольцо имеет огромный радиус. Наша Земля кажется для нас плоской, а ведь кольцо имеет радиус орбиты Земли! "падение" по хорде после прыжка произойдет не спустя короткое время, а как раз таки, через неопределенно долгое время (кольцо охеренно здоровое). Это сработало бы на центрифуге маленького радиуса, но для нашего кольца это не прокатит.

                                      • vinstlow

                                        Прокатит. С увеличением размера увеличивается скорость. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                                        • Georgy

                                          Прикинул математически нашу ситуацию, рассчитал все в Excel и знаете что вышло? Вышло, что вы были правы(( Кольцо и в правду "догоняет" подпрыгнувшего человека быстрее, чем он улетает от него. Причем происходит это за такое же время, как было бы на Земле. Это действует на кольце радиусом 1,5 км и более. Чем больше радиус тем лучше показатели. На самом деле я удивлен такими данными, потому что гравитация планеты и кольца имеют абсолютно разную природу, но, несмотря на это, выполняют задачу одинаково.

  15. naturalniy

    Провальная идея (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.